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Ein Blitzschutzsystem mit einer isolierten
Ableiteinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der im Einschlagsfall
auftretende Blitzstrom ohne elektrischen Kontakt zum zu schützenden
Gut abgeleitet wird. Wird dagegen ein metallischer, nicht isolierter elektrischer
Leiter als Ableiteinrichtung verwendet, so muss von dem zu schützenden
Gut und auch von allen anderen geerdeten Gerätschaften und baulichen Strukturen
ein sogenannter Trennungsabstand, der sich insbesondere gemäß der DIN
V VDE V 0185-3 2002-11 berechnet, eingehalten werden. Kann dieser
Trennungsabstand aus baulichen oder aus optischen Gründen nicht
eingehalten werden, so kommt eine isolierte Ableiteinrichtung, bei
der die Stromableitung mittels eines elektrisch isolierten Leiters
erfolgt, zum Einsatz.
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In dem Fachaufsatz „Beherrschen
von Trennungsabständen
mit isolierten Ableitungen" von
O. Beierl et al., Tagungsband zur 5. VDE/ABB Blitzschutztagung,
13. bis 14.11.2003, Seiten 57 bis 71 wird der Aufbau und die Wirkungsweise
verschiedener isolierter Ableiteinrichtungen beschrieben. Weiterhin
wird mit der
DE 102
28 665 A1 eine Ableiteinrichtung in koaxialer Bauweise
mit einem elektrischen Leiter, einer Isolierumhüllung und einer leitfähigen Ummantelung
offenbart.
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Die in der
DE 202 08 211 U1 beschriebene Ableiteinrichtung
mit einem in einem Isolierrohr angeordneten elektrischen Leiter
ist aus fertigungs- und transporttechnischen Gründen in ihrer insgesamt erzielbaren
Länge beschränkt. Deshalb
kommt diese Lösung
für Anwendungen
mit einem rela tiv hoch aufragenden zu schützenden Gut nicht in Frage.
Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise eine Blitzschutzeinrichtung
für eine
Mobilfunkantenne, die einen Mast mit einer Höhe von insbesondere über 8 Metern
umfassen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
deshalb darin, eine Blitzschutzeinrichtung der eingangs bezeichneten
Art anzugeben, bei der die isolierte Ableiteinrichtung keine Längenbeschränkung aufweist.
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Die erfindungsgemäße Blitzschutzeinrichtung löst diese
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1. Aufgrund des modularen
Aufbaues kann die isolierte Ableiteinrichtung grundsätzlich mit
beliebiger Länge
realisiert werden. Entsprechend der im jeweiligen Anwendungsfall
benötigten
Länge können am
Montageort eine beliebige Anzahl von inneren Isolierumhüllungen über den
elektrischen Leiter geschoben werden. Dadurch erreicht man eine
sehr hohe Flexibilität
hinsichtlich der möglichen
Anwendungsbereiche. Selbst mit Isolierumhüllungen, die eine relativ geringe
Länge aufweisen,
kann mittels der modularen Hintereinanderanordnung eine isolierende
Ableiteinrichtung mit einer sehr großen Gesamtlänge erzielt werden.
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Zwischen den benachbarten Isolierumhüllungen
besteht ein wenn auch sehr kleiner, aber doch stets vorhandener
Luftspalt. Dieser könnte
im Falle eines Blitzeinschlags zu einem Überschlag auf das zu schützende Gut
führen.
Deshalb ist in dem Bereich, in dem benachbarte Isolierumhüllungen
insbesondere stumpf aneinander stoßen, eine weitere, insbesondere
den kritischen Luftspalt an der Stoßstelle umgebende Isolierumhüllung vorgesehen.
Dadurch kann die genannte Gefahr eines Überschlages sicher ausgeschlossen
werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung
ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
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Die Ausgestaltung gemäß Anspruch
2 zeichnet sich dadurch aus, dass die Ableiteinrichtung näher am zu
schützenden
Gut platziert werden kann, als dies für einen nicht isolierten elektrischen
Leiter gemäß dem nach
der DIN V VDE V 0185-3 2002-11 errechneten Trennungsabstand vorgeschrieben
wäre. Aufgrund
der spezifischen Anordnung der inneren Isolierumhüllung und
der äußeren Isolierumhüllung im
Bereich der Stoßstelle
wird der Trennungsabstand zumindest teilweise durch eine Strecke,
die parallel zum elektrischen Leiter verläuft, gebildet.
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Die Blitzschutzreinrichtung nach
Anspruch 3 weist ein besonders vorteilhaftes EMV-Verhalten auf. Die
elektrisch isolierenden Befestigungselemente verhindern im Falle
eines Blitzeinschlages die Einkopplung induzierter, hochfrequenter
Ströme
in das zu schützende
Gut. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei dem
zu schützenden
Gut um EMVsensible Gebäude
und Einrichtungen, wie zum Beispiel ein Krankenhaus oder ein Rechenzentrum, handelt.
Darüber
hinaus verhindert das isolierende Befestigungselement auch die Entstehung
von Gleitentladungen an der Oberfläche der Isolierumhüllung. Diese
Ausgestaltung ist somit besonders gegenüber den in der
DE 102 28 665 A1 und dem
eingangs genannten Fachaufsatz beschriebenen Ableiteinrichtungen
vorteilhaft. Außerdem
führen
die dort jeweils vorgesehenen metallischen Befestigungselemente
in Verbindung mit dem beschriebenen koaxialen Aufbau der Ableiteinrichtung
zu einem zwar reduzierten aber dennoch nicht unerheblichen hochfrequenten Strom,
der im Falle eines Blitzeinschlages in dem zu schützenden
Gut induziert wird. Die Einkopplung erfolgt dabei über die
metallischen Befestigungselemente, die elektrisch leitend mit dem
zu schützenden Gut und
damit auch mit dem Potentialausgleich der gesamten Blitzschutzeinrichtung
verbunden sind, und auch mittels kapazitiver Kopplung über die
isolierende Zwischenhülle
des beschriebenen Koaxialaufbaues. Damit ergeben sich induktive
Kopplungsschleifen, die entweder über zwei metallische Befestigungselemente
oder über
ein metallisches Befestigungselement und den Potentialausgleich
geschlossen sind. Die Maßnahme,
isolierende Befestigungselemente vorzusehen, verhindert dagegen
diese unvorteilhaften Kopplungsschleifen und verbessert damit das
EMV-Verhalten der Blitzschutzeinrichtung. Es wird praktisch kein
hochfrequenter Strom im zu schützenden
Gut induziert.
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Die Variante gemäß Anspruch 4 vermeidet ein
Verrutschen der Isolierumhüllung
und damit ein Freiliegen des metallischen elektrischen Leiters. Günstig ist
dabei insbesondere, dass für
die Fixierung der Isolierumhüllung
keine gesonderten Befestigungsmittel notwendig sind, da für diesen
Zweck die gleichen Befestigungselemente verwendet werden, mit denen
die Ableiteinrichtung am zu schützenden Gut
befestigt ist.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch
5 vermeidet ein Verrutschen der äußeren Isolierumhüllung. Anderenfalls
bestünde
nämlich
die Gefahr, dass der elektrische Leiter an der Stoßstelle
zwischen den inneren Isolierumhüllungen
frei liegt und damit der erforderliche Trennungsabstand nicht mehr eingehalten
ist. Zur Fixierung der äußeren Isolierumhüllung sind
insbesondere mechanische Befestigungsmittel, beispielsweise in Form
von Kunststoffschrauben, vorgesehen.
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Die Maßnahme nach Anspruch 6 dient
zur Fixierung der insbesondere als Fangspitze ausgebildeten Fangeinrichtung
und zur Aufnahme von Windlast.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 7
sichert die Einhaltung des geforderten Trennungsabstandes.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nunmehr
anhand der Zeichnung erläutert.
Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und
gewisse Aspekte sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Blitzschutzeinrichtung mit einer isolierten Ableiteinrichtung,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Blitzschutzeinrichtung mit einer isolierten Ableiteinrichtung,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
eines Bereiches mit innerer und äußerer Isolierumhüllung und
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4 den
Bereich der Stoßstelle
zwischen zwei inneren Isolierumhüllungen
in vergrößerter Darstellung.
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Einander entsprechende Bezugszeichen sind
in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine Blitzschutzeinrichtung 1 für ein als eine Mobilfunkantenne 2 ausgebildetes
zu schützendes
Gut dargestellt. Grundsätzlich
ist aber auch ein beliebig anderes zu schützendes Gut möglich. Die
Blitzschutzeinrichtung 1 ist als ein sogenanntes äußeres Blitzschutzsystem
ausgebildet, bei dem eine Ableiteinrichtung 3 zur Ableitung
von im Einschlagsfall auftretenden Blitzströmen außen am zu schützenden
Gut angeordnet ist. Zur Stromführung
beinhaltet die Ableiteinrichtung 3 einen elektrischen Leiter 4,
der mit einer Isolation 5 versehen ist. Die Isolation 5 bewirkt
dabei, dass die Ableiteinrichtung 3 näher an der Mobilfunkantenne 2 platziert
werden kann, als dies gemäß den Vorschriften
für den bei
einem nicht isolierten elektrischen Leiter 4 einzuhaltenden
Trennungsabstand S vorgeschrieben wäre. Dadurch ergibt sich ein
geringerer Platzbedarf und auch ein optisch ansprechenderer Gesamteindruck.
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Am Fuß der Mobilfunkantenne 2 ist
die Ableiteinrichtung 3 in einem 90°-Winkel von der zu schützenden
Mobilfunkantenne 2 weggekrümmt. Dadurch wird auch in diesem
Bereich der erforderliche Trennungsabstand zum zu schützenden
Gut sicher eingehalten. Die 90°-Biegung
ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen, jede andere Krümmung ist
bei einer anderen geometrischen Ausgestaltung des zu schützenden
Gutes ebenfalls möglich.
Im Ausführungsbeispiel
von 1 ist die Mobilfunkantenne
auf dem Erdboden aufgestellt, so dass sich das Gehäuse der
Mobilfunkantenne 2 auf Erdpotential oder dem Potential
der Potentialausgleichsebene befindet.
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Diese Potential-Verbindung ist jedoch
nicht zwingend. Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
das in 2 gezeigt ist,
kann die Mobilfunkantenne auch elektrisch isoliert ausgeführt sein.
Die Mobilfunkantenne 2 ist im zweiten Ausführungsbeispiel
auf einer elektrisch isolierten Ständereinrichtung 6 aufgestellt.
Ansonsten bestehen keine Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel,
insbesondere ist die Blitzschutzeinrichtung 1 analog ausgebildet.
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Die isolierte Ableiteinrichtung 3 ist
mittels ebenfalls elektrisch nicht leitfähiger Befestigungsarmaturen 7 an
der Mobilfunkantenne 2 befestigt. Die Befestigungsarmaturen 7 dienen
dabei zum einen als Fixierungsmittel für den elektrischen Leiter 4 und
zum anderen auch zur Einstellung eines – verglichen mit dem Trennungsabstand
S reduzierten – Abstandes S1
zwischen der Mobilfunkantenne 2 und der Ableiteinrichtung 3.
Beispielsweise sind die Befestigungsarmaturen 6 aus einem
glasfaserverstärkten
Kunststoff (GFK) hergestellt. Die Befestigungsarmaturen 7 können auch
zur Fixierung mehrerer Ableiteinrichtungen 3, die beispielsweise
seitlich versetzt zueinander parallel verlaufen, ausgebildet sein.
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Die elektrisch isolierende Ausgestaltung
der Befestigungsarmaturen 7 hat außerdem den Vorteil, dass die
Stellen, an denen die Befestigungsarmaturen 7 mit der Isolation 5 in
Verbindung stehen, im Fall eines Blitzeinschlages keine Ausgangspunkte
für Gleitentladungen
sind. Diese ungünstige
Situation stellt sich nämlich
bei einer elektrisch leitfähigen,
metallischen Ausführungsform
der Befestigungsarmaturen 7 ein.
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Ebenso wird durch die elektrisch
isolierende Eigenschaft der Befestigungsarmaturen 7 ein
unerwünschtes
teilweises Einkoppeln des im elektrischen Leiter 4 geführten Blitzstromes
verhindert oder zumindest weitgehend unterdrückt. In einer metallischen
Ausführungsform
würden
die Befestigungsarmaturen 7 nämlich ganz wesentlich zur Ausbildung von
Induktionsschleifen beitragen, über
die ein nicht zu vernachlässigender
hochfrequenter Teil des Blitzstromes in die eigentlich zu schützende Mobilfunkantenne 2 und
gegebenenfalls in das Gebäude,
auf dem sie angebracht ist, eingekoppelt werden kann. Somit dienen
die elektrisch nicht leitfähigen
Befestigungsarmaturen 7 also auch einem Schutz der Mobilfunkantenne 2 und
gegebenenfalls des Gebäudes vor
einer unerwünschten
elektromagnetischen Beeinflussung (=EMV-Schutz).
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An ihrem oberen Ende ist die Ableiteinrichtung 3 mit
einer Fangeinrichtung 8 in Gestalt einer Fangspitze elektrisch
leitend verbunden. Dieser obere Teil der Blitzschutzeinrichtung 1 ragt
ein Stück über die
Mobilfunkantenne 2 hinaus, um einen Blitzeinschlag einzufangen
und somit von der Mobilfunkantenne 2 fernzuhalten. Der
elektrische Leiter 4, der beispielsweise als Kupfer-Leiter
mit einem Querschnitt von etwa 20 mm2 ausgebildet
ist, und auch die Isolation 5, die beispielsweise aus einem
hochwertigen Isolierstoff wie Polyethylen besteht, weisen keine allzu
große
mechanische Eigenstabilität
auf. Um auch eine hohe Windlast aufnehmen zu können und ein unerwünschtes
Abknicken der Fangeinrichtung 8 sicher zu verhindern, weist
der eingesetzte Kupfer-Leiter in der Regel einen zu niedrigen Leiterquerschnitt
und die verwendete Isolation 5 eine zu hohe Duktilität auf. Deshalb
ist ein mechanisch stabiles Stützelement 9 beispielsweise
in Form eines GFK-Rohres vorgesehen, in dessen Innerem die isolierte
Ableiteinrichtung 3 in dem kritischen oberen Bereich verläuft. Grundsätzlich könnte die
Ableiteinrichtung 3 jedoch auch seitlich an dem Stützelement 9 entlang
verlaufen. In beiden Fällen
wird die Fangeinrichtung 8 sicher fixiert und insbesondere
vor einem Abknicken auch bei einer hohen Windlast geschützt. Das
Stützelement 9 ist
in der Lage diese Windlast aufzunehmen.
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Die Isolation 5 ist modular
aufgebaut. Sie wird durch mehrere über den elektrischen Leiter 4 geschobene
innere Isolierumhüllungen 10 gebildet.
In den beiden Ausführungsbeispielen
nach 1 und 2 sind exemplarisch nur zwei
dieser Isolierumhüllungen 10 dargestellt.
Grundsätzlich
können
jedoch auch deutlich mehr Isolierumhüllungen 10 vorgesehen
sein. Die inneren Isolierumhüllungen 10 ermöglichen
eine flexible Anpassung der Isolation 5 an die jeweilige
Gesamtlänge
des elektrischen Leiters 4 im betreffenden Anwendungsfall. Die als
Polyethylen-Rohre ausgebildeten Isolierumhüllungen 10 werden
vor Ort bei der Montage der Blitzschutzeinrich tung 1 über den
elektrischen Leiter 4 geschoben und mittels der Befestigungsarmaturen 7 in
ihrer jeweiligen Position fixiert.
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An der insbesondere stumpf ausgebildeten Stoßstelle
zwischen zwei benachbarten inneren Isolierumüllungen 10 ist ein
kleiner, aber nicht verschwindender Luftspalt 11 vorhanden.
Im Bereich dieses kleinen Luftspaltes 11 ist der ansonsten
im Inneren der Isolierumhüllungen 10 verlaufende
elektrische Leiter 4 zunächst nicht von einem Isolierstoff umgeben.
Der Luftspalt 11 ist damit eine potentielle Ausgangsstelle
für einen Überschlag
auf die zu schützende
Mobilfunkantenne 2. Zur Sicherstellung der erforderlichen
Isolation ist im Bereich der Stoßstelle eine weitere äußere Isolierumhüllung 12 vorgesehen,
die ebenfalls als Polyethylen-Rohr ausgebildet ist. Die jeweiligen
Innendurchmesser der inneren und äußeren Isolierumhüllungen 10 bzw. 12 sind
so aufeinander abgestimmt, dass die inneren Isolierumhüllungen 10 über den
elektrischen Leiter 4 und die äußere Isolierumhüllung 12 über die
inneren Isolierumhüllungen 10 geschoben
werden können
bzw. kann.
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Zur Verdeutlichung ist in 3 und auch in 4 der Bereich der Stoßstelle
zwischen den benachbarten inneren Isolierumhüllungen 10 vergrößert dargestellt.
Die äußere Isolierumhüllung 12 ist über die
inneren Isolierumhüllungen 10 geschoben und
mittels einer Befestigungsarmatur 7 so fixiert, dass sich
der Luftspalt 11 in etwa mittig zwischen den beiden Enden
der äußeren Isolierumhüllung 12 befindet.
Der Trennungsabstand S zwischen dem im Luftspalt 11 freiliegenden
elektrischen Leiter 4 und der zu schützenden Mobilfunkantenne 2 setzt
sich also aus einer horizontal verlaufenden Teiltrennungsstrecke
S1 und einer vertikal verlaufenden Teiltrennungsstrecke S2 zusammen.
Die zweite Teiltrennungsstrecke S2 ver läuft dabei insbesondere im Zwischenraum
zwischen der inneren und äußeren Isolierumhüllung 10 bzw. 12.
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Die äußere Isolierumhüllung 12 und
die infolge sich ergebende vertikal verlaufende Teiltrennungsstrecke
S2 ermöglichen
den flexibel an die jeweiligen Längenverhältnisse
anpassbaren modularen Aufbau der Isolation 5 bei gleichzeitiger
Beibehaltung des vergleichsweise geringen Abstandes S1 zwischen
der Mobilfunkantenne 2 und der inneren Isolierumhüllung 10.
Je nach Isolierverhalten der für die
Isolierumhüllungen 10 und 12 sowie
die Befestigungsarmaturen 7 gewählten Materialien und auch unter
Berücksichtigung
der geometrischen Abmessungen, insbesondere der Länge der äußeren Isolierumhüllung 12,
kann die erste Teiltrennungsstrecke S 1 verglichen mit dem für einen
nicht isolierten elektrischen Leiter 4 vorgeschriebenen
Trennungsabstand S um einen Faktor von mindestens 1,5, insbesondere von
2 bis 2,5 verkleinert werden. Dadurch reduziert sich der Platzbedarf
der Blitzschutzeinrichtung 1. Außerdem fällt die Blitzschutzeinrichtung 1 optisch umso
weniger auf, je näher
sie an dem zu schützenden
Gut platziert werden kann.